Эффективная работа станков с ЧПУ, входящих в ГПС, во многом зависит от своевременной смены инструмента в магазинах станков.
        Организация эксплуатации режущего инструмента в ГПС включает:
        – приемку поступающего режущего и вспомогательного инструмента;
        – его комплектацию и размерную настройку в сборе со вспомогательным инструментом;
        – доставку наладок инструментов к станкам ГПС;
        – наблюдение за состоянием инструмента при обработке деталей и его своевременную замену;
        – систематизированное хранение и учет.
        Автоматизированные транспортно-накопительные системы инструментов предназначены для выполнения следующих функций:
        – автоматического транспортирования и распределения инструментов по станкам комплекса;
        – автоматической загрузки и выгрузки инструментов из магазинов инструментов станков при переходе на обработку другой детали и хранения их в центральных накопителях;
        – вывода из автоматизированных станочных комплексов инструментов на переналадку и заточку;
        – ввода в автоматические станочные комплексы новых комплектов инструментов.
        Эффективность организации СИО определяется:
        1. снижением времени смены инструмента и инструментальных магазинов на станках;
        2.времени и трудоемкости их подготовки;
        3.увеличением срока работоспособности (стойкости) каждого инструмента;
        4.сокращением и полной ликвидацией простоев станков и всей ГПС по вине режущего инструмента.

        Организация подачи инструмента с центрального склада на станки

        Возможны три принципиальные схемы организации подачи инструмента с центрального склада на станки (рис.1):
        1.Подача с центрального склада А и через участок Б настройки инструмента при нем непосредственно к станкам (путь 1). При наличии большого количества ГПС, обслуживаемых центральным складом, увеличивает частоту транспортных потоков и значительно загружает работой центральный склад; эту схему рекомендуется применять как временную на первых этапах внедрения ГПС.
        2.Подача инструмента индивидуально с центрального склада на инструментальные участки отдельных ГПС или сменными магазинами через участок В настройки инструмента при ГПС. Такая схема (путь 2) нашла достаточно широкое применение.
        3.Подача инструмента с инструментального участка В через промежуточный склад Д, общий для всех станков типа ОЦ, и загрузка роботом со стеллажа склада В в стационарные магазины на станках.

        Рис.1. Схема организации подачи инструмента со склада на станки.

        Доставка инструмента на ОЦ непосредственно с центрального склада ограничивает автономию ГПС. Выбор практически должен быть сделан между второй и третьей схемами, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки. Вторая требует создания новых ОЦ со сменными магазинами или требует существенной модернизации существующих ОЦ. Третья схема позволяет автоматизировать загрузку инструмента роботами в магазины как новых, так и существующих ОЦ.
        Преимущества загрузки с общего стеллажа позволяют иметь на ОЦ небольшой магазин (или вообще отказаться от него), иметь ОЦ с магазинами разной конструкции, тогда как при сменных магазинах все станки должны иметь одинаковые магазины. Подача каждому станку своего магазина усложняет автоматизацию, требует дополнительных устройств установки и перевозки разных магазинов, увеличивает потоки и вероятность простоев из-за магазина. Наличие общего стеллажа инструмента сокращает общее количество инструмента, находящихся в обороте, а значит и себестоимость продукции.
        Однако при большом количестве ОЦ в одной ГПС создание общего инструментального стеллажа и применение роботов для загрузки инструмента могут затруднить свободу в размещении станков и др. оборудования ГПС, и применение сменных или дополнительных магазинов может оказаться предпочтительнее.
        Опыт показывает, что предварительная настройка инструмента вне станка и установка его в магазины на автоматизированном рабочем месте не требует значительного времени: один оператор – настройщик за одну смену подготавливает инструменты, необходимые для обеспечения работы десяти-двенадцати ОЦ, работающих в три смены.

        Рационализация количества и номенклатуры режущего инструмента

        Важное значение для нормальной работы ГПС имеет рационализация количества и номенклатуры режущего инструмента. Эта работа может идти по следующим направлениям:
        – статистический анализ всей имеющейся номенклатуры режущего инструмента по частоте и продолжительности пользования;
        – группирование по типоразмерам и видам всей номенклатуры режущего инструмента вокруг наиболее часто используемых видов и размеров;
        – статистический анализ всех технологических переходов о всей номенклатуре обрабатываемых деталей, сравнение и классификация их по определенным видам и количеству типоразмеров режущего инструмента, которыми эти переходы обычно выполняются;
        – анализ возможности выполнения разных технологических переходов одним инструментом за счет программирования сложной траектории движения стола, шпинделя и их вместе;
        – анализ разнообразия посадочных мест различного инструмента на различных станках и принятие более ограниченного ряда размеров посадочных конусов, цилиндрических оправок и других корпусов инструмента;
        – анализ возможности создания стандартных комбинированных и универсальных инструментов (например, комбинированный проходной, подрезной и расточный резец);
        – анализ диаметров и размеров резьбы крепежных отверстий, установление ряда размеров по наиболее часто применяемым в деталях, анализ формы и ширины различных пазов, фасок, канавок и регламентация их размеров с точки зрения сокращения диаметров торцовых фрез для их обработки;
        – анализ возможности замены редко используемых видов инструмента часто используемыми инструментами путем увеличения (уменьшения) тех или иных размеров деталей, не влияющих на их функциональные свойства.
        Характерными особенностями многооперационных станков с ЧПУ являются специальные накопители – магазины инструментов для размещения режущего инструмента и механизации для автоматической перегрузки его в заданной последовательности из магазина в шпиндель станка и обратно.

        Рис.2. Магазины инструментов станков с ЧПУ:
        а – дисковый однорядный; б – дисковый двухрядный; в – барабанный однорядный; г – барабанный двухрядный; д – кассетный.

        Магазины инструментов многооперационных станков выполняются обычно небольшой вместимости: от 12 до 60 инструментов. При числе инструментов менее 12 применяются револьверные головки. Магазины инструментов вместимостью 12 – 30 шт. выполняются в виде барабанов (дисков). Магазины вместимостью свыше 50 инструментов выполняются цепной конструкции, редко в виде барабанов с кассетами.
        Транспортно-накопительные системы инструментов в ГПС состоят их буферных накопителей магазинов инструментов барабанного или цепного типа, которые устанавливают у каждого станка и центрального накопителя для отдельных наладок инструментов.

        Механизмы автоматической смены инструментов станков с ЧПУ

        В зависимости от компоновки станков и их технологических возможностей устройства автоматической смены инструментов включают:
        – накопители инструментов (револьверные головки, магазины шпиндельных гильз, инструментальные магазины);
        – загрузочно-разгрузочные устройства для съема и установки инструмента в шпиндель станка (инструментальные загрузочные автооператоры);
        – промежуточные конвейерные устройства для передачи инструмента от накопителя к загрузочно-разгрузочному устройству при больших расстояниях от шпинделя до накопителя (автооператоры, перегружатели);
        – промежуточные накопители инструментальных наладок, являющиеся местом замены инструмента при больших емкостях магазина.
        Инструментальные магазины могут быть следующих типов:
        – дискового;
        – барабанного;
        – цепного типов.
        В зависимости от компоновки станка они могут располагаться на шпиндельной бабке, колонне, станине или вне станка.
        При расположении дискового магазина на шпиндельной бабке не требуется дополнительной координации положения магазина и шпинделя при смене инструмента загрузочным автооператором. Цикл работы автооператора наиболее простой. Однако расположение магазина на шпиндельной бабке увеличивает ее размеры и массу, что уменьшает точность обработки.
        При расположении магазина на станине шпиндельная бабка разгружается, цикл смены инструмента усложняется. При каждой смене инструмента шпиндельная бабка должна дополнительно перемещаться из рабочего положения в положение для смены инструмента и обратно.
        При установке магазина на стойке, расположенной рядом со станком, динамические нагрузки магазина не влияют на точность работы станка. Однако увеличиваются габаритные размеры станка, а, следовательно, площадь, необходимая для его установки.
        Многосекционные магазины барабанного типа обладая большой вместимостью позволяют использовать при работе станка одну из секций магазина без перемещения всего запаса инструментов.
        Конструкция магазинов цепного типа такова, что можно изменять их вместимость без существенного изменения конструкции станка.

        Определение состава СИО

        Проектирование системы инструментального обеспечения (СИО) в ГПС ведется в следующей последовательности:
        – по номенклатуре деталей, подлежащих обработке в ГПС, выбирается тип СИО;
        – расчет основных характеристик СИО с индивидуальной подачей инструмента;
        – проработка конструкций устройств СИО.

        Выбор типа СИО

        Количество необходимых в ГПС инструментов определяется:
        – номенклатурой обрабатываемых деталей;
        – сложностью деталей (количеством различных поверхностей, каждая из которых требует для своей обработки отдельного инструмента);
        – трудоемкость обработки деталей;
        – условиями эксплуатации инструментов (вероятностью поломки);
        – стойкостью инструмента.
        Тип системы СИО выбирается в зависимости от номенклатуры обрабатываемых деталей:
        – при малой номенклатуре (менее 20) используется СИО, при которой все инструменты находятся в инструментальных магазинах станков ГПС;
        - при средней номенклатуре (20 – 150) применяется СИО с индивидуальной подачей инструмента;
        - при широкой номенклатуре (более 150) используется СИО с подачей (со сменой) инструментальных магазинов.

        СИО при малой номенклатуре обрабатываемых деталей

        Как правило, на один станок планируется обработка 3-4 различных заготовок. В данном случае ГПС строится по следующей схеме (рис.3):

        Рис.3. СИО при малой номенклатуре обрабатываемых деталей.
        А – станки с ЧПУ;
        Б – автоматизированная транспортная система подачи заготовок на станки и удаления обработанных деталей;
        В – склад-накопитель заготовок и спутников;
        Г – центральная ЭВМ.

        Все необходимые инструменты находятся в индивидуальных магазинах станков.

        Рис.4. СИО при средней номенклатуре обрабатываемых деталей

        СИО этого типа называют системами инструментального обеспечения с индивидуальной подачей инструмента.
        Кроме оборудования (А-Г) в ГПС со средней номенклатурой обрабатываемых деталей входят (рис.4):

        СИО при средней номенклатуре обрабатываемых деталей.

        Д – транспортная система инструментального обеспечения для подачи нового инструмента из склада (накопителя) на станок и удаление со станка на склад (накопитель) наружного инструмента.
        Е – склад (накопитель) инструмента.
        СИО таких ГПС организуется двумя способами:
        1. Склады (накопители, дополнительные магазины) инструментов располагаются около каждого станка системы (рис 3).
        2. Склад инструмента – общий для всех станков системы.
        В состав СИО (рис. 4) входят центральный накопитель инструментальных наладок 1, два агрегата – инструментальных кассет 2, два робота – автооператора 3. Двухрядный центральный накопитель 4 инструментальных наладок состоит из отдельных блоков – кассет и имеет 140 инструментальных гнезд. В первом ряду накопителя установлено инструментальное гнездо 6, в котором вмонтировано устройство считывания кодов. Весь инструментальный склад смонтирован на эстакаде на высоте более 2 метров. Инструментальная наладка, поднятая к накопителю в подвижных кассетах с помощью робота автооператора N2, устанавливается в гнездо 6, где считывается код наладки с выдачей информации в ЭВМ, после чего по команде от ЭВМ инструментальная наладка захватывается роботом-автооператором N2, транспортируется в заданный адрес и устанавливается в свободное гнездо накопителя, например гнездо 1. Робот-автооператор 3 (N1) предназначен для потока, транспортирования и смены инструментальных наладок в наполнителе, доставки сломанного и изношенного инструмента от станка в подвижные кассеты 2 (N1, N2) для вывода из комплекса, а также смены инструментальных наладок в перегрузочных гнездах 5 станков ГПС. Передача наладок из первого ряда накопителя 4 во второй и обратно осуществляется роботом 3 (N2).